Chap 4D - TP n°9 - Deuxième loi de Newton

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TP de Sciences Physiques n°9 : la deuxième loi de Newton Page 1 / 2
TP de Sciences Physiques nÀ9
La deuxième loi de Newton
La mécanique classique dite « newtonienne » repose sur trois lois établies par Isaac Newton en 1687 :
le principe d’inertie, vu en classe de Seconde, constitue la première de ces lois.
la deuxième loi établit le lien entre le vecteur somme des forces extérieures appliquées à un système
mécanique et le vecteur accélération de son centre de gravité.
le principe des actions réciproques, également vu en Seconde, est la troisième loi de Newton.
Objectifs de la séance
Nous étudierons dans ce TP la deuxième loi de Newton, en établissant dans différents cas, le lien entre le
vecteur somme des forces extérieures ext F
r
Σ appliquées à un système mécanique et le vecteur accélération
G
a de son centre de gravité.
Compétences mise en œuvre
Dans cette séance, les manipulations sur la table à mobiles autoporteurs seront effectuées par le professeur.
Les compétences mises en jeu se limiteront donc à « réaliser », « calculer » et « analyser ». Un soin tout
particulier doit être apporté aux constructions vectorielles pour obtenir des résultats analysables.
I - Etude dynamique des quelques mouvements
Le TP n°8 a consisté à réaliser l’étude cinématique, c’est-à-dire en termes de vitesse et d’accélération, de
quatre mouvements caractéristiques.
enregistrement « a » : un mouvement rectiligne uniforme
enregistrement « b » : un mouvement circulaire uniforme
enregistrement « c » : un mouvement curviligne ralenti puis accéléré (mouvement parabolique)
enregistrement « d » : un mouvement rectiligne accéléré, puis uniforme, puis ralenti
Nous allons maintenant considérer les mêmes situations mais réaliser l’étude dynamique, c’est-à-dire en
termes de forces, de ces mouvements. Pour chaque enregistrement, le travail à réaliser est le même :
Etablis le bilan des forces extérieures appliquées au système mobile durant son mouvement.
Schématise la situation.
Donne les caractéristiques du vecteur somme des forces extérieures noté
ext
F
r
Σ.
Donne les caractéristiques du vecteur accélération
G
a .
Compare ce vecteur
G
a au vecteur somme des forces extérieures
ext
F
r
Σ. Conclusion ?
Pour le quatrième enregistrement, il sera nécessaire de considérer indépendamment chacune des trois phases
du mouvement.
A partir des différentes conclusions établies au cas par cas, quelle conclusion plus générale semble se
dégager de cette étude ?

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II - Relation vectorielle entre somme des forces extérieures et accélération
On applique à deux mobiles de masses différentes une même force f = 2,00 N à l’aide d’un dynamomètre.
La période d’étincelage est toujours ∆t = 40 ms.
Détermine, pour chaque mobile, la valeur de son accélération à l’instant t
3
.
Calcule le produit « m × a » dans chaque cas et compare-le à la force initiale exercée par le ressort.
Déduis-en le lien entre la valeur de la somme des forces extérieures et l’accélération du centre de gravité
d’un système mécanique.
Système de masse m = 150 g
soumis à une force initiale de
2,00 N exercée par un ressort.
Système de masse m = 250 g
soumis à une force initiale de
2,00 N exercée par un ressort
G
1
G
1